[发明专利]一种永磁同步电机转矩控制装置

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机转矩控制装置与方法，包括：电流前馈控制器、q轴电流反馈控制器和d轴电流反馈控制器、电阻、电感估算器、反馈控制器最优参数决策器、位置传感器、电压变换器、永磁同步电机、电流变换器。在本发明的永磁同步电机转矩控制装置中，所述电流前馈控制器用于降低永磁同步电机的电流扰动，同时提高电机的响应速度。所述q轴电流反馈控制器和d轴电流反馈控制器，用于永磁同步电机的电流反馈控制，降低电机的稳态误差，提高电机的稳定性能和鲁棒性能。所述电流前馈控制器传递函数采用二阶结构和所述电阻、电感估算器与所述反馈控制器最优参数决策器采用查表模块，易于进行嵌入式实现。

技术领域

本发明涉及同步电机控制技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机转矩控制装置。

背景技术

永磁同步电机(PMSM,Permanent Magnet Synchronous Motor)具有噪声小、功率密度大、转速范围广、节能等显著优势，广泛被用于新能源汽车、机器人伺服和家电等领域。

目前，永磁同步电机的控制一般采用磁场定向控制(FOC，Field OrientedControl)，即定子三相交流电流生成的空间磁场向量，通过控制驱动转子磁场旋转，形成转矩。为了获得最大化的电流利用效率，一般在FOC的基础上应用最大转矩电流比控制(MTPA，Maximum Torque Per Amp)。采用MTPA可以使电机输出的转矩和输入的电流幅值成正相关。这样只需要调整电流的幅值，就能控制电机输出的转矩。一般通过三个PI控制器的级联的电流环、速度环和位置环来调节电机的电流、速度和位置。电流环是电机控制最基本的。

在永磁同步电机的控制中，电机转矩波动的大小是衡量电机控制效果的一个重要的性能指标。电机的转矩波动会通过减速机构传递到驱动负载，并且由于减速机构一般具有降速增扭的作用，转矩波动会被放大后传递到整个系统，在低速时会导致系统振动，高速时会产生噪声，产生不良的影响。在新能源汽车和汽车电控驱动系统领域中，电机的转矩波动会影响汽车的NVH性能，特别是在电动助力转向系统中，电机转矩波动还会传递到转向盘，造成驾驶员在转向时感受到转向盘的抖动，影响转向的舒适感；在机器人伺服领域，电机的转矩波动会影响伺服控制的精度；在家电领域，电机的转矩波动会使家电产生不良的振动和噪声，容易影响家电使用者的舒适感，同事也会降低家电的使用寿命。

对于永磁同步电机的转矩波动控制研究，早期的控制策略主要是电流波形优化法，属于开环控制，需要建立在对被控电机转矩特性充分了解的基础上。该方法的实现需要大量的离线试验与计算，并且对电机参数及运行工况与环境的依赖性较强，适用范围有限，电机控制研发时间较长。后期的控制策略主要是PI控制，属于闭环控制，这种控制方法具有更好的鲁棒性。但是由于控制需要使用到电流的反馈，影响了电机的响应速度。而且在参数变化及环境扰动等不确定性因素的影响下，传统的PI控制难以在所有情况下都能具有良好的控制效果。为了兼顾永磁同步电机转矩波动的抑制和电机的动态响应性能，同时综合电机研发时间和控制策略嵌入式实现难易程度的考虑，急需一种控制器易于嵌入式实现且参数能够正向简便求取、能抑制电机转矩波动且能使电机响应迅速的永磁同步电机转矩控制装置。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种永磁同步电机转矩控制装置，可以抑制永磁同步电机的转矩波动，且能使永磁同步电机响应迅速，同时该控制装置所使用的控制器易于嵌入式实现且参数能够正向简便求取。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种永磁同步电机转矩控制装置。为达到抑制永磁同步电机转矩波动并提高电机响应速度的目的，本发明采用的技术方案是：

一种永磁同步电机转矩控制装置，用于永磁同步电机控制，包括：

电流前馈控制器，所述电流前馈控制器输入信号为目标电流信号i_cmd，输出信号为q轴目标电流i_q；